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    基于ADV7403的機(jī)載PAL制視頻采集處理系統(tǒng)

    2016-07-10 04:40:21于小燕
    電子技術(shù)與軟件工程 2016年7期

    隨著飛機(jī)座艙結(jié)構(gòu)的不斷變化,其內(nèi)部顯示器正經(jīng)歷著從CRT(陰極射線管)到LCD(液晶顯示器)的轉(zhuǎn)變,但還有很多顯示器接收的信號仍然是標(biāo)準(zhǔn)的模擬視頻信號。本文提出了一種改進(jìn)的基于高集成度單轉(zhuǎn)換芯片的視頻采集處理系統(tǒng),解決了以往視頻采集過程中復(fù)雜電路造成視頻處理板過大的難題,以及輸入輸出數(shù)據(jù)格式不匹配的問題,保證了LCD顯示器的正常工作。

    【關(guān)鍵詞】ADV7403 視頻采集 視頻處理

    視頻技術(shù)的不斷發(fā)展,促進(jìn)了機(jī)載設(shè)備的更新,然而很多機(jī)載液晶顯示器接收的仍然是模擬視頻信號(PAL、NTSC制等)。由于掃描方式、數(shù)據(jù)格式的差異,模擬視頻信號不能直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器,因此必須采用專用視頻處理系統(tǒng)使得模擬視頻信號可直接驅(qū)動(dòng)液晶顯示器。隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)對可靠性和PCB小型化提出了更高的要求,視頻處理技術(shù)向著更高集成度、更加豐富的顯示效果的方向發(fā)展,小型化、高集成度的轉(zhuǎn)換芯片受到廣大設(shè)計(jì)者的青睞。

    1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的視頻輸入信號為標(biāo)準(zhǔn)PAL制式單端RGB模擬視頻信號。視頻處理板將模擬PAL制視頻信號處理為像素時(shí)鐘為27MHz,幀頻為50Hz的數(shù)字信號送到液晶顯示器上顯示。

    本文采用基于單芯片實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)采集的方法。設(shè)計(jì)中采用的視頻解碼芯片為ADV7403。視頻采集處理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

    系統(tǒng)主要分為I2C總線控制模塊、隔行轉(zhuǎn)逐行模塊以及時(shí)序產(chǎn)生模塊。系統(tǒng)上電復(fù)位后,通過I2C總線對視頻解碼芯片ADV7403的控制寄存器進(jìn)行配置。配置完成后,ADV7403將采集到的模擬視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的PAL_LLC、PAL_HS、PAL_VS、PAL_DE和PAL_DATA信號,送入FPGA進(jìn)行隔行轉(zhuǎn)逐行處理,同時(shí)生成與逐行視頻數(shù)據(jù)相應(yīng)的時(shí)序信號(CLKO、HSO、VSO、DEO),經(jīng)DVI編碼芯片TFP410-EP編碼成DVI信號,驅(qū)動(dòng)液晶顯示器顯示。

    2 視頻采集處理

    視頻采集處理過程主要分為視頻采集和視頻處理兩個(gè)部分。

    2.1 視頻采集

    視頻采集部分主要是通過I2C控制器實(shí)現(xiàn)對視頻解碼芯片ADV7403寄存器的配置,使ADV7403解碼出相應(yīng)數(shù)據(jù)、時(shí)鐘信號、行場同步信號以及使能信號。

    2.1.1 ADV7403視頻解碼電路設(shè)計(jì)

    ADV7403是ADI公司的高集成度且提供高質(zhì)量影像輸出的高階影像解碼器。該器件支持圖像數(shù)字化,能夠?qū)GA至SXGA分辨率的視頻輸入信號進(jìn)行數(shù)字化處理,將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字RGB或YCbCr像素輸出流。同時(shí)能夠處理CVBS和標(biāo)清RGB信號。

    ADV7403視頻解碼電路如圖2所示。

    本系統(tǒng)中接收的模擬視頻信號為分量式RGB。對于電路硬件設(shè)計(jì),ADV7403的引腳ALSB接為高電平,因此從設(shè)備的讀地址為0x40,寫地址為0x42。

    2.1.2 I2C控制器設(shè)計(jì)

    I2C控制器的設(shè)計(jì)采用查找表的方式來配置ADV7403寄存器的初始值。I2C總線的讀寫時(shí)序,如圖3所示。

    首先通過FPGA提供一個(gè)滿足I2C總線標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘信號I2C_SCLK,I2C控制器使用33個(gè)時(shí)鐘周期完成1次24位數(shù)據(jù)的傳輸。第一時(shí)鐘周期用于初始化控制器,第2、3個(gè)周期用于啟動(dòng)傳輸,第4到30個(gè)周期用于傳輸數(shù)據(jù)(其中包含24位數(shù)據(jù)和3個(gè)ACK),最后3個(gè)周期用于停止傳輸。I2C控制器中使用一個(gè)6位計(jì)數(shù)器對傳輸周期進(jìn)行計(jì)數(shù),一個(gè)24位寄存器來存儲(chǔ)每個(gè)周期需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。對于24位數(shù)據(jù)含義——前8位是從設(shè)備地址,接下來8位是從設(shè)備的寄存器地址,最后8位是數(shù)據(jù)。寄存器的配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在查找表LUT_DATA(16bit)中,包括寄存器的地址和數(shù)據(jù),在配置過程中需要逐個(gè)寫入寄存器值,共對24個(gè)寄存器進(jìn)行配置。每個(gè)寄存器的配置分為三步,第一步準(zhǔn)備數(shù)據(jù),將8位的從設(shè)備地址與LUT_DATA合并為24位數(shù)據(jù)mI2C_DATA,并將mI2C_GO置1,啟動(dòng)I2C傳輸;第二步檢測傳輸結(jié)束信號,如果檢測到傳輸結(jié)束(mI2C_END=1),但ACK信號不正常,則返回第二步,重新檢測傳輸結(jié)束信號;如果檢測到傳輸結(jié)束且ACK信號正常,則進(jìn)入第三步,將寄存器索引LUT_INDEX加1,準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸。

    寄存器配置信息如表1所示。

    2.2 視頻處理

    ADV7403解碼出的視頻數(shù)據(jù)為隔行的數(shù)字信號(27MHz,625i,1440×576),因此需要進(jìn)行去隔行處理,將隔行視頻信號轉(zhuǎn)換為逐行視頻信號。該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí),沒有采用傳統(tǒng)的去隔行處理,而是利用數(shù)字圖像相鄰像素間像素差別很小這一特性,采用一種較為簡潔的處理方法——單場插值法,如圖4所示。

    具體的實(shí)現(xiàn)方法為:將一行數(shù)據(jù)讀取兩次,作為兩行數(shù)據(jù),這樣在原來所采集到的一場就變成了兩場,即如原來的奇場中只有1、3、5、7……奇數(shù)行數(shù)據(jù),缺少2、4、6、8……偶數(shù)行數(shù)據(jù),通過對奇數(shù)行數(shù)據(jù)的復(fù)制操作,從而在奇場中將缺少的偶數(shù)行數(shù)據(jù)補(bǔ)齊,形成一幀完整的數(shù)字圖像,該方法在很大程度上利用了數(shù)字圖像相鄰像素間差別很小這一獨(dú)特的基本特性。同理,在偶場中也使用了相同的方法將缺少的奇數(shù)行數(shù)據(jù)補(bǔ)完整,從而實(shí)現(xiàn)了去隔行處理。要將一行數(shù)據(jù)變成兩行,在設(shè)計(jì)時(shí)將PAL_HS信號進(jìn)行倍頻,生成HSx2這一信號。系統(tǒng)倍頻的實(shí)現(xiàn)是通過在PAL_HS的起始和中間位插入兩個(gè)低脈沖來實(shí)現(xiàn)的。生成HSx2信號后,將隔行數(shù)據(jù)以13.5MHz的時(shí)鐘頻率寫入一個(gè)深度為1K、數(shù)據(jù)位寬為24位的單端口RAM中,同時(shí)以27MHz的時(shí)鐘頻率讀取數(shù)據(jù)。這樣,就相當(dāng)于復(fù)制了一行數(shù)據(jù),將一行數(shù)據(jù)變?yōu)榱藘尚袛?shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)去隔行處理。設(shè)計(jì)中,調(diào)用兩個(gè)單端口RAM,采用乒乓操作的方式。以行信號PAL_HS的二分頻作為切換標(biāo)志信號,記為SET。當(dāng)SET=0時(shí),以13.5MHz的時(shí)鐘對RAM1進(jìn)行寫入操作,以27MHz的時(shí)鐘頻率對RAM2進(jìn)行讀出操作;當(dāng)SET=1時(shí),以13.5MHz的時(shí)鐘頻率對RAM2進(jìn)行寫入操作,以27MHz的時(shí)鐘對RAM1進(jìn)行讀出操作,從而提高了數(shù)據(jù)的吞吐率。

    3 結(jié)論

    本文針對傳統(tǒng)的視頻采集處理系統(tǒng)中視頻處理板電路過于復(fù)雜的缺點(diǎn),提出了一種改進(jìn)的視頻采集處理設(shè)計(jì)方案,該系統(tǒng)采用高集成度、單轉(zhuǎn)換芯片ADV7403,通過對PAL制式的視頻信號的采集以及采用單場插值法進(jìn)行去隔處理的過程,最終使得原始視頻在LCD上正確顯示。

    參考文獻(xiàn)

    [1]立早.飛機(jī)座艙顯示系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J].航空電子技術(shù),2004,35(3):53-54.

    [2]錢敏,李富華,黃秋萍,李文石,劉蓓.基于HDL的PAL制數(shù)字視頻圖像采集控制器設(shè)計(jì)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī),2007,24(12):191-194.

    [3]Analog Devices:12-Bit,Integrated, Multiformat SDTV/HDTV Video Decoder and RGB Graphics Gigitizer,2005.

    [4]High-Definition Multimedia Interface Specification Version 1.3,2006.

    [5]Analog Devices:12-Bit,Integrated, Multiformat SDTV/HDTV Video Decoder and RGB Graphics Gigitizer,Datasheet Manual,2007.

    作者簡介

    于小燕(1985-),女,江蘇省泰州市人。工學(xué)碩士學(xué)位。現(xiàn)為蘇州長風(fēng)航空電子有限公司軍品研究所工程師,主要從事機(jī)載座艙顯示技術(shù)方面的研究。

    曹峰(1979-),男,江蘇省靖江市人。工學(xué)碩士學(xué)位?,F(xiàn)為蘇州長風(fēng)航空電子有限公司軍品研究所所長,主要從事機(jī)載座艙顯示技術(shù)方面的研究。

    范威(1983-),男,安徽省宿州市人。工學(xué)碩士學(xué)位?,F(xiàn)為蘇州長風(fēng)航空電子有限公司軍品研究所工程師,主要從事機(jī)載座艙顯示技術(shù)方面的研究。

    王昱煜(1984-),男,江蘇省蘇州市人。工學(xué)碩士學(xué)位?,F(xiàn)為蘇州長風(fēng)航空電子有限公司軍品研究所工程師,主要從事機(jī)載座艙顯示技術(shù)方面的研究。

    作者單位

    蘇州長風(fēng)航空電子有限公司 江蘇省蘇州市 215151

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